PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SENSOR POTENSIOMETRI RHODAMIN B BERBASIS KITOSAN DENGAN PLASTICIZER DIOKTIL SEBAKAT (DOS)

KIMIA.STUDENTJOURNAL, Vol. 1, No. 1, pp. 78-84 UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG Received, 7 January 2013, Accepted, 14 January 2013, Published online, 1 February 2013

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SENSOR POTENSIOMETRI RHODAMIN B BERBASIS KITOSAN DENGAN PLASTICIZER DIOKTIL SEBAKAT (DOS)

Alif Faiza Rahmawati, Atikah*, dan Qonitah Fardiyah

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya Jl. Veteran Malang 65145

*Alamat korespondensi, Tel : +62-341-575838, Fax : +62-341-575835 Email: atikah_chem@ub.ac.id

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk membuat dan mengkarakterisasi sensor potensimetri Rhodamin B berbasis kitosan sebagai metoda analisis yang cepat,murah dan memiliki akurasi serta presisi yang tinggi dengan mekanisme pertukaran ion untuk penentuan zat warna rhodamin B. Membran sensor terdiri dari campuran bahan aktif kitosan yang diaktivasi menggunakan asam asetat 3% (b/v), polimer polivinilklorida (PVC) dan pemlastis dioktilsebakat (DOS) dalam pelarut tetrahidrofuran (THF), yang digunakan sebagai membran dengan komposisi tertentu. Membran kemudian digunakan untuk lapisan yang menutupi kawat Pt pada sensor potensimetri. Karakterisasi sifat dasar dilakukan meliputi: faktor Nernst, rentang konsentrasi linier, limit deteksi, waktu respon, usia pemakain serta waktu prakondisi dalam larutan ion yang disensornya (rhodamin B). Dari penelitian ini dihasilkan sensor potensiometri Rhodamin B bermembran dengan komposisi kitosan:PVC:DOS 4:35:61 dalam pelarut THF 1:3 (b/v) menghasilkan karakter bersifat Nernstian dengan nilai faktor Nernst sebesar 57.067 mV/dekade, pada kisaran konsentrasi lebar yaitu 10-5-10-1 M, batas deteksi kecil yaitu 3.981 ppm, waktu respon cepat yakni 50 detik, sensor masih dapat digunakan dalam waktu 14 hari serta perlu waktu perendaman 10 menit.

Kata kunci: kitosan, membran, Rhodamin B, sensor potensiometri

ABSTRACT

This experiment was aimed to make and characterize the potentiometric censor of Rhodamine B in a chitosan-based as a quick, cheap, high accuracy and precision method with ion exchange mechanism to determine Rhodamine B dye. Censor membrane consist of the mixture of chitosan active material which was activated with 3% acetic acid (w/v), polyvinyl chloride (PVC) and dioctyl sebacate (DOS) plasticizer in a tetrahydrofuran (THF) solution, these mixture used as a membrane with certain composition. Membrane then used as a layer to cover Pt wire on a potentiometric censor. The characterization of basic properties was done, that were: Nernst factor, linier concentration range, detection limit, response time, life time and also the preconditions time on a censored ion solution (Rhodamine B). This experiment obtained the membranous Rhodamine B potentiometric censor with a composition chitosan:PVC:DOS 4 : 35 : 61 on a THF solution 1:3 (w/v) and resulted Nernstian character with 57.067 mV/decade Nernst factor, in a wide concentration range that was 10-5-10-1 M, low detection limit that was 3.981 ppm, quick response time that was 50 seconds, censor could be used during 14 days and needed a 10 minutes soaking time.

Keywords: chitosan, membrane, Rhodamine B, potentiometric censor

PENDAHULUAN

Saat ini industri rumah tangga yang bergerak dibidang makanan berjumlah sekitar 500

ribu unit yang tersebar di seluruh Indonesia [1]. Akibat kurangnya pengawasan pemerintah,

penggunaannya menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI no 722/Menkes/Per/IX/1988 [2]

karena bersifat toksik, karsinogenik serta non biodegradable yang memiliki kecenderungan

ditimbun dalam tubuh. Oleh karena itu analisis penggunaan zat warna Rhodamin B dalam

makanan yang diproduksi IRTP sangat penting.

Sejauh ini metoda analisis yang digunakan untuk mendeteksi zat warna tekstil pada

makanan masih berupa test kit yang masih bersifat kualitatif. Oleh karena itu diperlukan alat

analisis yang sensitif, selektif, cepat, murah, sederhana dan dapat menentukan kadar suatu zat

warna Rhodamin B secara kuantitatif. Pada penelitian ini digunakan sensor potensiometri

bermembran sebagai sensor ion untuk mendeteksi Rhodamin B. Untuk membuat sensor

potensimetri Rhodamin B ini diperlukan membran yang bersifat sebagai penukar anion yang

potensial, sensitif dan selektif. Membran terdiri dari campuran bahan aktif kitosan yang

terprotonasi dalam suasana asam (pKa kitosan 6,3) dan bahan pendukung membran campuran

PVC dan pemlastis DOS. Adanya ion positif (+) pada kitosan, menyebabkan kitosan dapat

mengikat zat warna yang memiliki ion negatif melalui interaksi elektrostatif membentuk

asosiasi ion. Menurut penelitian Kurniati [3], zat yang diadsorbsi adalah anion dalam bentuk

RCOO- dalam Rhodamin B. Kitosan bersifat hidrofilik dan dapat mengalami swelling [4],

sehingga perlu didukung dengan matriks polimer PVC yang bersifat hidrofobik dan memiliki

transisi gelas (Tg) relatif tinggi yaitu 81oC, sehingga diperlukan penambahan pemlastis yang

berfungsi untuk menurunkan Tg pada suhu kamar. Pada penelitian ini pemlastis yang

digunakan adalah DOS dengan komposisi yang sesuai sehingga dihasilkan membran yang

homogen, hidrofob, memiliki tetapan dielektrik cukup tinggi, fleksibel, dan konduktifitas

listrik cukup besar agar sensor yang dihasilkan bersifat Nernstian.

Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan sensor potensiometri Rhodamin B berbasis

kitosan yang dapat digunakan sebagai metoda alternatif untuk menentukan kadar Rhodamin B

secara praktis, sensitif, cepat, murah dan sederhana.

METODE PENELITIAN Alat dan bahan

Peralatan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah potensiometer merek Fischer, pH

meter merek inolab, elektroda pembanding kalomel, pengaduk magnet, batang magnet, neraca

analitik merek Adventurer model AR 2130, oven, dan seperangkat alat gelas kimia.

Asam asetat 3% (v/v), H3PO4 85%, polimer polivinilklorida (PVC) (sigma), pemlastis DOS

(sigma),pelarut Tetrahydrofuran (THF) (E-mark), kitosan.

Prosedur

Langkah pertama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pembuatan larutan baku

Rhodamin B dengan rentang konsentrasi 10-8-10-1M, pembuatan membran berbahan aktif

kitosan yang diprotonasi menggunakan asam asetat 3% (b/v), dicampur dengan PVC dan

pemlastis DOS dengan komposisi tertentu, dilarutkan dalam pelarut THF dengan

perbandingan 1:3 (b/v) dan diaduk selama 3 jam. Larutan membran yang sudah siap

digunakan untuk melapisi kawat Pt pada badan elektroda sensor potensiometri, selanjutnya

dilakukan pemanasan pada temperatur 50oC selama 12 jam. Sebelum digunakan, sensor

potensiometri direndam dalam larutan induk Rhodamin 0,5 M selama 5-25 menit dengan

interval waktu 5 menit untuk mengetahui waktu perendaman optimum yang menghasilkan

sensor yang bersifat Nernstian. Tahap selanjutnya adalah mengukur potensial larutan

Rhodamin B 10-8-10-1 M. Hasil pengukuran potensial dibuat kurva hubungan antara

konsestrasi (x) dan potensial (y) yang dinyatakan sebagai persamaan garis regresi linier: Y =

ax +b. Kemudian ditentukan Slope yang menunjukkan Nilai faktor Nersnt atau sensitivitas

metoda potensiometri dan dapat ditentukan juga karakteristik dasar sensor potensiometri yang

dihasilkan meliputi rentang konsentrasi liniar dan limit deteksinya.

HASIL DAN PEMBAHASAN Optimasi komposisi membran

Hasil optimasi membran yang dilakukan dengan memvariasikan berat antara bahan

aktif kitosan, PVC dan pemlastis DOS, dimana ketiga campuran tersebut dilarutkan dalam

pelarut THF dengan perbandingan 1:3 (b/v) disajikan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Pengaruh komposisi membran terhadap harga faktor Nernst

Komposisi membran

Komposisi bahan (b/b)

de-dm Faktor

Nersnt R

2

Kitosan (%) PVC (%) DOS (%)

1 4 33 63 1,221 50,968 0,980

2 4 34 62 1,21 54,866 0,998

3 4 35 61 1,199 57,067 0,979

Data dalam Tabel 1 menyatakan bahwa komposisi membran 3 memberikan harga

perbandingan kitosan : PVC : DOS adalah 4:35:61 memiliki nilai perbedaan parameter

kelarutan (de-dm) yang paling kecil sehingga membran yang dihasilkan paling homogen.

Dapat dinyatakan untuk menghasilkan sifat Nernstian diperlukan perbandingan PVC:DOS

tertentu yakni 1,74 (komposisi 3) sementara semakin besar perbandingan komposisi

PVC:DOS semakin tidak Nernstian yakni 1,9 (komposisi 1) dan 1,82 (komposisi 2). Dengan

demikian dapat dinyatakan bahwa plsticizer sebagai pelarut membran menentukan harga

tetapan dielektrik membran sehingga pada membran yang homogen (komposisi 3) kitosan

yang didoping Rhodamin B telah mampu terdissosiasi dalam membran membentuk bahan

aktif kitosan terprotonasi bermuatan positif dan anion Rhodamin B bermuatan negatif yang

merata diseluruh membran sehingga ion Rhodamin B yang mengadakan pertukaran ion

dengan ion Rhodamin B dalam larutan membentuk asosiasi ion kitosan-Rhodamin B lebih

mudah terekstrak dalam membran memberikan respon potensial yang Nersntian.

Optimasi waktu perendaman

Hubungan antara waktu perendaman dengan nilai faktor Nernst yang dihasilkan dapat

dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Kurva hubungan antara waktu perendaman (menit) terhadap nilai faktor

Nernst (mV/dekade)

Keterangan: batas atas nilai Faktor Nernst teoritis, nilai Faktor Nernst teoritis, Nilai Faktor Nernst penelitian, batas bawah nilai Faktor Nernst teoritis

Data dalam Gambar 1 menyatakan bahwa harga faktor Nernst yang paling mendekati

teoritis adalah pada perendaman selama 10 menit yaitu 57,067 mV/decade. Hal ini disebabkan

larutan induk Rhodamin B yang digunakan sangat pekat yaitu 0,5 M, sehingga dalam waktu

10 menit sudah mampu menjenuhkan membran dengan larutan Rhodamin B dari analit dan

kebutuhan air untuk proses dissosiasi telah terpenuhi. Pada waktu 5 menit jumlah air dalam

membran belum mampu menyebabkan proses dissosiasi dan jumlah Rhodamin B belum jenuh,

komposisi membran yaitu kitosan mengalami swelling dengan adanya kontak dengan air yang

terlalu lama sehingga dihasilkan nilai faktor Nernst yang menyimpang dari teoritis.

Karakteristik dasar sensor potensiometri Rhodamin B

Nilai faktor Nernst, kisaran konsentrasi dan batas deteksi

Hasil pengukuran nilai potensial pada rentang konsentrasi Rhodamin B 10-8-10-1 M

Berdasarkan data Tabel 2 dapat dinyatakan bahwa sensor potensiometri Rhodamin B

yang dihasilkan cukup baik untuk pengukuran analisis kimia, yakni sensitif yang ditunjukkan

oleh nilai Faktor Nernst yang dihasilkan adalah 57,067 mV/dekade yang hampir mendekati

dengan nilai Faktor Nernst teoritis untuk ion monovalent yaitu 59,2 mV/dekade. Selain itu

sensor potensiometri yang dihasilkan memiliki rentang konsentrasi yang lebar yaitu 10-5-10-1

dan memiliki nilai batas deteksi yang rendah yaitu 3,981 ppm, serta memerlukan waktu

prakondisi dalam larutan yang disensornya selama 10 menit sebelum digunakan pengukuran.

Waktu respon

Waktu respon merupakan waktu yang dibutuhkan oleh sensor potensiometri untuk

mencapai kesetimbangan antara ion RCOO- dalam membran dan analit yang ditunjukkan

dengan adanya harga potensial yang konstan terhadap waktu. Data hasil penentuan waktu

respon pada berbagai konsentrasi Rhodamin B disajikan dalam Tabel 3.

Tabel 3. Waktu respon sensor potensiometri Rhodamin B [Rhodamin B]

(M)

-log [Rhodamin B] Waktu respon (detik)

1 x 10-1 1 20

1 x 10-2 2 30

1 x 10-3 3 50

1 x 10-4 4 40

1 x 10-5 5 50

Data dalam Tabel 3 menyatakan bahwa waktu respon dipengaruhi oleh konsentrasi

larutan analit, semakin besar konsentrasi analit waktu respon semakin cepat. Hal ini karena

semakin besar konsentrasi analit yang mengisi kapasitas tukar ion bahan aktif membran

menyebabkan semakin cepat tercapainya kesetimbangan reaksi pertukaran ion antara ion

analit Rhodamin B dalam larutan dengan ion anlit dalam membran sehingga menghasilkan

waktu respon yang dihasilkan sensor potensiometri semakin cepat, dan sebaliknya pada

konsentrasi analit semakin kecil. Pada rentang konsentrasi linier 10-5-10-1 waktu respon

sensor antara 20 - 50 detik. Hal ini menunjukkan bahwa sensor potensiometri yang dihasilkan

memiliki waktu respon yang cepat yaitu 50 detik pada konsentrasi respon linier terkecil.

Semakin cepat waktu respon yang dibutuhkan maka kualitas sensor potensiometri yang

dihasilkan akan semakin baik.

Usia pemakaian

Usia pemakaian ditentukan untuk mengetahui berapa lama sensor potensiometri

Rhodamin B dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi ion Rhodamin B. Hal ini

ditunjukkan oleh besarnya penyimpangan nilai faktor Nernst dari harga teoritisnya. Hasil

pengukuran nilai faktor Nersnt pada berbagai waktu (hari) disajikan dalam Gambar 2.

Gambar 2. Kurva hubungan faktor Nernst (mV/dekade) terhadap waktu (hari) untuk penentuan usia pemakaian.

Data pada Gambar 2 menunjukkan terjadi penurunan nilai faktor Nernst melebihi

batas bawah nilai faktor Nernst teoritis yaitu 54,2 mV/dekade pada hari ke-14. Hal ini

dikarenakan terjadinya degradasi salah satu komponen membran yaitu kitosan. Kitosan dapat

mengalami swelling pada pemakaian berulang kali dan dengan lama kontak dengan air yang

lama. Air dari larutan analit dapat masuk ke dalam membran mengisi ruang kosong dalam

membran dan terjebak pada rantai polimer kitosan. Ketika kitosan mengalami Swelling maka

mobilitas polimer akan bertambah dan memudahkan adanya penetrasi pelarut, menyebabkan

kitosan akan lebih mudah mengikat air karena banyak ion Rhodamin B yang berdifusi

meninggalkan membran. Hal ini akan menyebabkan semakin sulitnya terjadi kesetimbangan

pertukaran ion serta homogenitas membran sulit dipertahankan.

KESIMPULAN

Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa komposisi

optimum membran sensor potensimetri Rhodamin B berbasis kitosan adalah perbandingan

berat kitosan:PVC:DOS adalah 4%:35%:61% dalam pelarut THF 1:3 (b/v), memerlukan

waktu perendaman optimum selama10 menit. Sensor potensiometri Rhodamin B yang

dihasilkan memiliki karakteristik dasar yang baik untuk pengukuran analisis Rhodamin B

yakni: bersifat Nernstian dengan nilai Faktor Nernst sebesar 57,067 mV/dekade, kisaran

konsentrasi lebar 10-5-10-1 M, batas deteksi kecil yaitu 3,981 ppm, waktu respon cepat yakni

50 detik serta sensor masih dapat digunakan dalam 14 hari

DAFTAR PUSTAKA

1. Media Indonesia, 2004, Zat Kimia Masih Ditemukan Dalam Makanan Anak, diakses

tanggal 20 Juni 2012.

2. Djarismawati, Sugiharti, dan Nainggolan. R., 2004, Pengetahuan dan Perilaku Pedagang

Cabe Merah Giling dalam penggunaan Rhodamin B di Pasar Tradisional di DKI Jakarta,

Jurnal Ekologi Kesehatan, 3.,pp. 7-12.

3. Kurniati T., 2012, Sensor Zat Warna Rhodamin B Bermembran Polimer Campuran PVC

(POLYVINYLClORIDE)- Plasticizer (DOP) dengan Kitosan Sebagai Carrier, Thesis,

PPS Unbra, Malang.

4. Ito A.M., Sato dan Anma T., 1997, Permeability of CO2 Through Chitosan Membrane

Swollen by Water Vapor In Feed Gas, Die Angewadnte Makromolekulare Chemie 248: